顶管原理及工艺.ppt

顶管法施工原理及工艺1400090101XX.概述顶管施工是继盾构施工之后发展起来的一种土层地顶管施工是继盾构施工之后发展起来的一种土层地下工程施工方法，主要用于地下进水管、排水管、下工程施工方法，主要用于地下进水管、排水管、煤气管、电讯电缆管的施工。它不需要开挖面层，煤气管、电讯电缆管的施工。它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等，是一种下构筑物以及各种地下管线等，是一种非开挖非开挖的敷的敷设设地下管道地下管道的施工方法。的施工方法。地下管线的非开挖施工法主要内容包括：地下管地下管线的非开挖施工法主要内容包括：地下管线的铺设、更换和修复。线的铺设、更换和修复。.顶管施工的基本原理先在工作坑内设置支座和安装液压千斤顶，借先在工作坑内设置支座和安装液压千斤顶，借助主顶油缸及管道间中继间等的推力，把工助主顶油缸及管道间中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推到具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推到接收坑内吊起，与此同时，紧随工具管或掘接收坑内吊起，与此同时，紧随工具管或掘进机后面，将预制的管段顶入地层。进机后面，将预制的管段顶入地层。边边顶进，顶进，边边开挖地层，开挖地层，边边将管段接长的管道埋设方将管段接长的管道埋设方法。法。.施工时，先制作顶管工作井及接收井，作为一段顶管的起点施工时，先制作顶管工作井及接收井，作为一段顶管的起点和终点，工作井中有一面或两面井壁设有预留孔，作为顶管和终点，工作井中有一面或两面井壁设有预留孔，作为顶管出口，其对面井壁是承压壁，承压壁前侧安装有顶管的千斤出口，其对面井壁是承压壁，承压壁前侧安装有顶管的千斤顶和承压垫板（即钢后靠），千斤顶将工具管顶出工作井预顶和承压垫板（即钢后靠），千斤顶将工具管顶出工作井预留孔，而后以工具管为先导，逐节将预制管节按设计轴线顶留孔，而后以工具管为先导，逐节将预制管节按设计轴线顶入土层中，直至工具管后第一节管节进入接收井预留孔，施入土层中，直至工具管后第一节管节进入接收井预留孔，施工完成一段管道。为进行较长距离的顶管施工，可在管道中工完成一段管道。为进行较长距离的顶管施工，可在管道中间设置一至几个中继间作为接力顶进，并在管道外周压注润间设置一至几个中继间作为接力顶进，并在管道外周压注润滑泥浆。顶管施工可用于直线管道，也可用于曲线等管道。滑泥浆。顶管施工可用于直线管道，也可用于曲线等管道。.1-预制的混凝土管；预制的混凝土管；2-运输车；运输车；3-扶梯；扶梯；4-主顶油泵；主顶油泵；5-行车；行车；6-安全护栏；安全护栏；7-润滑注浆系统；润滑注浆系统；8-操纵房；操纵房；9-配电系统；配电系统；10-操纵系统；操纵系统；11-后座；后座；12-测量系统；测量系统；13-主顶油缸；主顶油缸；14-导轨；导轨；15-弧形顶铁；弧形顶铁；16-环形顶铁；环形顶铁；17-已顶入的混凝土管；已顶入的混凝土管；18-运运土车；土车；19-机头机头.泥水平衡式顶管机泥水平衡式顶管机泥水平衡顶管机是指采用机械切削泥土、利用泥水平衡顶管机是指采用机械切削泥土、利用压力来平衡地下水压力和土压力、采用水力压力来平衡地下水压力和土压力、采用水力输送弃土的泥水式顶管机，是当今生产的比输送弃土的泥水式顶管机，是当今生产的比较先进的一种顶管机。较先进的一种顶管机。泥水平衡式顶管机按平衡对象分有两种，一种泥水平衡式顶管机按平衡对象分有两种，一种是泥水仅起平衡地下水的作用，土压力则由是泥水仅起平衡地下水的作用，土压力则由机械方式来平衡；另一种是同时具有平衡地机械方式来平衡；另一种是同时具有平衡地下水压力和土压力的作用。下水压力和土压力的作用。.泥水平衡顶管施工的完整系统由顶管机、进排泥系泥水平衡顶管施工的完整系统由顶管机、进排泥系统、泥水处理系统、主顶系统、测量系统、起吊系统、泥水处理系统、主顶系统、测量系统、起吊系统、供电系统等组成。泥水平衡顶管施工与其它形统、供电系统等组成。泥水平衡顶管施工与其它形式的顶管相比，增加了进排泥和泥水处理系统。式的顶管相比，增加了进排泥和泥水处理系统。.土压平衡式顶管机土压平衡式顶管机土压平衡顶管机由土压平衡盾构机移植而来，其平土压平衡顶管机由土压平衡盾构机移植而来，其平衡原理与盾构相同。与泥水顶管施工相比，最大的衡原理与盾构相同。与泥水顶管施工相比，最大的特点是排出的土或泥浆一般不需再进行二次处理，特点是排出的土或泥浆一般不需再进行二次处理，具有刀盘切削土体、开挖面土压平衡、对土体扰动具有刀盘切削土体、开挖面土压平衡、对土体扰动小、地面和建筑的沉降较小等特点。小、地面和建筑的沉降较小等特点。土压平衡顶管机按泥土仓中所充的泥土类型分，有土压平衡顶管机按泥土仓中所充的泥土类型分，有泥土式、泥浆式和混合式三种；按刀盘形式分，有泥土式、泥浆式和混合式三种；按刀盘形式分，有带面板刀盘式和无面板刀盘式；按有无加泥功能分，带面板刀盘式和无面板刀盘式；按有无加泥功能分，有普通式和加泥式；从刀盘的机械传动方式分，有有普通式和加泥式；从刀盘的机械传动方式分，有中心传动式、中间传动式和周边传动式；按刀盘的中心传动式、中间传动式和周边传动式；按刀盘的多少分，有单刀盘式和多刀盘式。多少分，有单刀盘式和多刀盘式。.工作井及其布置工作井及其布置工作井（工作坑或基坑），按其作用分为工作井（工作坑或基坑），按其作用分为顶进井顶进井（始发井）和（始发井）和接收井接收井两种。顶进井是安放所有顶进两种。顶进井是安放所有顶进设备的场所，也是顶管掘进机的始发场所，是承受设备的场所，也是顶管掘进机的始发场所，是承受主顶油缸推力的反作用力的构筑物，供工具管出洞、主顶油缸推力的反作用力的构筑物，供工具管出洞、下管节、挖掘土砂的运出、材料设备的吊装、操纵下管节、挖掘土砂的运出、材料设备的吊装、操纵人员的上下等使用。在顶进井内，布置主顶千斤顶、人员的上下等使用。在顶进井内，布置主顶千斤顶、顶铁、基坑导轨、洞口止水圈以及照明装置和井内顶铁、基坑导轨、洞口止水圈以及照明装置和井内排水设备等。在顶进井的地面上，布置行车或其他排水设备等。在顶进井的地面上，布置行车或其他类型的起吊运输设备。接收井是接收顶管机或工具类型的起吊运输设备。接收井是接收顶管机或工具管的场所，与工作井相比，接收井布置比较简单。管的场所，与工作井相比，接收井布置比较简单。.顶进工作井的井内布置顶进工作井的井内布置井内布置内容主要包括前止水墙、后座墙、井内布置内容主要包括前止水墙、后座墙、基础底板及排水井等。后座要有足够的抗压基础底板及排水井等。后座要有足够的抗压强度，能承受得了主顶千斤顶的最大顶力。强度，能承受得了主顶千斤顶的最大顶力。前止水墙上安装有洞口止水圈，以防止地下前止水墙上安装有洞口止水圈，以防止地下水土及顶管用润滑泥浆的流失。在顶管工作水土及顶管用润滑泥浆的流失。在顶管工作井内，还布置有工具管、环形顶铁、弧形顶井内，还布置有工具管、环形顶铁、弧形顶铁、基坑导轨、主顶千斤顶及千斤顶架、后铁、基坑导轨、主顶千斤顶及千斤顶架、后靠背。其中主顶千斤顶及千斤顶架的布置尤靠背。其中主顶千斤顶及千斤顶架的布置尤为重要，主顶千斤顶的合力的作用点对于初为重要，主顶千斤顶的合力的作用点对于初始顶进的影响比较大。始顶进的影响比较大。.顶进工作井内布置图顶进工作井内布置图1-管节；管节；2-洞口止水系统；洞口止水系统；3-环形顶铁；环形顶铁；4-弧形顶铁；弧形顶铁；5-顶进顶进导轨；导轨；6-主顶油缸；主顶油缸；7-主顶油缸架；主顶油缸架；8-测量系统；测量系统；9-后靠背；后靠背；10-后座墙；后座墙；11-井壁井壁.（1）管节一般为钢筋混凝土管节或钢管节。）管节一般为钢筋混凝土管节或钢管节。（2）后座墙是把主顶油缸推力的反力传递到工作坑）后座墙是把主顶油缸推力的反力传递到工作坑后部土体中去的墙体，是主推千斤顶的支承结构。后部土体中去的墙体，是主推千斤顶的支承结构。它的构造会因工作坑的构筑方式不同而不同。在沉它的构造会因工作坑的构筑方式不同而不同。在沉井工作坑中，后座墙一般就是工作井的后方井壁。井工作坑中，后座墙一般就是工作井的后方井壁。在钢板桩工作坑中，必须在工作坑内的后方与钢板在钢板桩工作坑中，必须在工作坑内的后方与钢板桩之间挠筑一座与工作坑宽度相等的、厚度为桩之间挠筑一座与工作坑宽度相等的、厚度为0.51.0m的、其下部最好能插入到工作井底板以下的、其下部最好能插入到工作井底板以下0.51.0m的钢筋混凝土墙，目的是使推力的反力的钢筋混凝土墙，目的是使推力的反力能比较均匀地作用到土体中去。还要注意的一点是能比较均匀地作用到土体中去。还要注意的一点是后座墙的平面一定要与顶进轴线垂直。后座墙的平面一定要与顶进轴线垂直。（3）后靠背是靠主顶千斤顶尾部的厚铁板或钢结构）后靠背是靠主顶千斤顶尾部的厚铁板或钢结构件，称之为钢后靠，其厚度在件，称之为钢后靠，其厚度在300mm左右。钢后靠左右。钢后靠的作用是尽量把主顶千斤顶的反力分散开来，防止的作用是尽量把主顶千斤顶的反力分散开来，防止将混凝土后座压坏。将混凝土后座压坏。.（4）洞口止水圈是安装在顶进井的出洞洞口和接收井的进）洞口止水圈是安装在顶进井的出洞洞口和接收井的进洞洞口，具有制止地下水和泥砂流到工作坑和接收坑的功能。洞洞口，具有制止地下水和泥砂流到工作坑和接收坑的功能。（5）顶进导轨由两根平行的轨道所组成，其作用是使管节）顶进导轨由两根平行的轨道所组成，其作用是使管节在工作井内有一个较稳定的导向，引导管节按设计的轴线顶在工作井内有一个较稳定的导向，引导管节按设计的轴线顶入土中，同时使顶铁能在导轨面上滑动。在钢管顶进过程中，入土中，同时使顶铁能在导轨面上滑动。在钢管顶进过程中，导轨也是钢管焊接的基准装置。导轨也是钢管焊接的基准装置。（6）主顶装置由主顶油缸、主顶油泵和操纵台及油管等四）主顶装置由主顶油缸、主顶油泵和操纵台及油管等四部分构成。主顶千斤顶沿管道中心按左右对称布置。主顶进部分构成。主顶千斤顶沿管道中心按左右对称布置。主顶进装置除了主顶千斤顶以外，还有千斤顶架，以支承主顶千斤装置除了主顶千斤顶以外，还有千斤顶架，以支承主顶千斤顶；供给主顶千斤顶以压力油的是主顶油泵；控制主顶千斤顶；供给主顶千斤顶以压力油的是主顶油泵；控制主顶千斤顶伸缩的是换向阀。油泵、换向阀和千斤顶之间均用高压软顶伸缩的是换向阀。油泵、换向阀和千斤顶之间均用高压软管连接。主顶油缸的压力油由主顶油泵通过高压油管供给。管连接。主顶油缸的压力油由主顶油泵通过高压油管供给。常用的压力在常用的压力在3242MPa之间，高的可达之间，高的可达50MPa。在管径。在管径比较大的情况下，主顶油缸的合力中心应比管节中心低比较大的情况下，主顶油缸的合力中心应比管节中心低5的管内径左右。的管内径左右。.（7）若采用的主顶千斤顶的行程长短不能一次将管节顶到位若采用的主顶千斤顶的行程长短不能一次将管节顶到位时，必须在千斤顶缩回后在中间加时，必须在千斤顶缩回后在中间加垫块垫块或几块或几块顶铁顶铁。顶铁有。顶铁有环形环形顶铁和顶铁和弧形弧形或或马蹄形马蹄形顶铁之分。环形顶铁的内外径与混顶铁之分。环形顶铁的内外径与混凝土管的内外径相同，主要作用是把主顶油缸的推力较均匀凝土管的内外径相同，主要作用是把主顶油缸的推力较均匀地分布在所顶管子的端面上；弧形和马蹄形顶铁的作用有两地分布在所顶管子的端面上；弧形和马蹄形顶铁的作用有两个，一是用于调节油缸行程与管节长度的不一致，二是把主个，一是用于调节油缸行程与管节长度的不一致，二是把主顶油缸各点的推力比较均匀地传递到环形顶铁上去。弧形顶顶油缸各点的推力比较均匀地传递到环形顶铁上去。弧形顶铁用于手掘式、土压平衡式等许多方式的顶管中，它的开口铁用于手掘式、土压平衡式等许多方式的顶管中，它的开口是向上的，便于管道内出土。马蹄形顶铁适用于于泥水平衡是向上的，便于管道内出土。马蹄形顶铁适用于于泥水平衡式顶管和土压式中采用土砂泵出土的顶管施工，它的开口方式顶管和土压式中采用土砂泵出土的顶管施工，它的开口方向与弧形顶铁相反，是倒扣在基坑导轨上的。只有这样，在向与弧形顶铁相反，是倒扣在基坑导轨上的。只有这样，在主顶油缸回缩以后加顶铁时不需要拆除输土管道。主顶油缸回缩以后加顶铁时不需要拆除输土管道。.